JP2854138B2 - 改良された反応体供給と制御系を備えた一定電圧の燃料電池 - Google Patents

改良された反応体供給と制御系を備えた一定電圧の燃料電池

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電気化学燃料電池に関する。より詳しくは、
本発明は優れた反応体の供給と制御系を有する電力発生
装置を基礎にする燃料電池に関する。
発明の背景 電気化学燃料電池は、電池内で燃料の酸化により、燃
料から取り出した化学エネルギーを直接電気エネルギー
に転化させて電気エネルギーを発生させる。典型的な燃
料電池はアノード、カソード、及び電解質を含む。燃料
と酸化剤をそれぞれアノードとカソードに供給する。ア
ノードにおいて燃料は電極材料に浸透し、アノード触媒
層で反応してカチオンを形成し、カチオンは電解質を通
ってカソードに移動する。カソードで酸化剤（例、酸素
又は酸素含有ガスの供給）はカソード触媒層において反
応し、アニオンを形成する。カソードで生成したアニオ
ンはカチオンと反応し、反応生成物を生成する。燃料電
池は使用可能な電流を発生し、反応生成物は電流から取
り出す。
水素を燃料として、酸素を含む空気（又は純粋な酸
素）を酸化剤として使用する電気化学燃料電池におい
て、アノードでの触媒反応は燃料供給から水素カチオン
を生成する。イオン交換膜が水素イオン（プロトン）の
アノードからカソードへの移動を容易にする。水素カチ
オンの誘導の他に、膜は、水素燃料の流れを、酸素含有
空気を含む酸化剤の流れから隔てる。カソードで酸素は
触媒層において反応し、アニオンを生成する。カソード
で生じたアニオンは、膜を通った水素イオンと反応し、
反応生成物として液体の水を生成する。
このような燃料電池におけるアノードとカソードでの
反応は次の式（１）と（２）に示される。
アノード反応:H2→2H+＋2e- （１） カソード反応:1/2O2＋2H+＋e-→H2O （２） 固体燃料電池は一般に、多孔質の導電性シート材料で
作成された２つの電極間に配置されたイオン交換膜又は
固体ポリマー電解質からなる膜電極アセンブリー（ME
A）を含む。電極は典型的に炭素繊維ペーパーで形成
し、一般にポリテトラフルオロエチレンのような疎水性
ポリマーで含浸又はコーティングする。MEAは、望まし
い電気化学反応を起こすために各々の膜／電極の界面に
触媒層を含む。微細に分割した白金触媒を典型的に使用
する。MEAを順次に２つの導電性プレートの間に配置
し、各々はその中に彫った又は削った少なくとも１つの
流路を有する。これらの流体フローフィールドプレート
は典型的にグラファイトで作成される。流路は燃料と酸
化剤をそれぞれの電極、即ち燃料側のアノードと酸化剤
側のカソードに導く。電極は電気的に接続され、電極間
に電子を通す道を提供する。
単一電池の配置において、流体フローフィールドプレ
ートを各々のアノードとカソードの面の上に施す。この
プレートは集電体として作用し、電池の支持を提供し、
燃料と酸化剤の各々のアノードとカソードの表面への出
入りチャンネルを提供し、電池の操作の間に生成した水
の除去のためのチャンネルを提供する。
アセンブリーの全体の出力を上げるために２以上の燃
料電池を直列又は並列で一緒に接続することができる。
このような配置において、燃料電池は典型的に直列に接
続する。所与のプレートの面の１つは１つのセルのアノ
ードプレートとして役立ち、プレートの他の面は隣のセ
ルのカソードプレートである。このような直列に接続し
た多数燃料電池の配置は燃料電池スタックと称され、通
常は引棒又はエンドプレートで支持する。
スタックは典型的に、燃料（実質的に純粋な水素、メ
タノールリホーメート、天然ガスリホーメート）と酸化
剤（実質的に純粋な酸素又は酸素含有空気）をアノード
とカソードのフローフィールドチャンネルに導くための
供給マニホールド又は入り口を含む。排気マニホールド
又は出口は、未反応の燃料と酸化剤ガス（各々は同伴し
た水を運ぶ）を取り出すために典型的に用意する。
また、通常はスタックは、燃料電池の中で水素と酸素
の発熱反応によって生じた熱を吸収するために、スタッ
クの中の内部チャンネルに冷却用流体（典型的に水）を
導くための供給マニホールド又は入口を含む。出口マニ
ホールドは冷却水がスタックから出ることを可能にす
る。
燃料の活性成分として水素を、酸化剤の活性成分とし
て酸素を使用する燃料電池において、燃料は実質的に純
粋な水素として、又は水素を含む改質ガスとして、例え
ばメタノールと水と改質又は天然ガスの改質生成物とし
て供給することができる。同様に、酸化剤は実質的に純
粋な酸素又は酸素含有ガスとして供給することができ
る。
反応体は通常はスタックに入る前に湿らせ、乾燥して
各々のセルのアノードとカソードを隔てる膜に損傷を与
えないようにする。このような膜は一般にイオン輸送を
行うために水の存在を必要とする。
典型的に燃料電池に選択の燃料と酸化剤を一定の圧力
で流す。圧力は一般に反応体の供給源にて調節器で制御
する。電気負荷を電極を接続する回路に置いた場合、負
荷に流れる電流に直接比例して燃料と酸化剤が消費され
る。
スタックから出る各々の反応体の流れは、一般にそれ
を湿らせるための水を含む。スタックから出る酸化剤の
流れは一般に燃料電池のカソードで発生した生成物の水
を含む。燃料電池から出る反応体の流れの１つ又は両方
から抜き出した過剰の水はセパレーター又は突き出しド
ラムに溜める。過剰の水はリサイクルして冷却液として
使用することができ、或いは系から排出することができ
る。
燃料電池で使用する反応体の１つが実質的に純粋な水
素又は酸素の場合、燃料電池のスタックから出る未消費
の反応体は、廃棄物を最小限にするために再循環するこ
とができる。未消費の反応体から過剰の水を除去した
後、再循環し、燃料電池スタックへの入口の上流で新し
い反応体の流れと一緒にする。
反応体の１つがリホーメートや空気のように希薄な反
応体の場合、燃料電池スタックを出る反応体の流れの未
消費部分は、特に燃料の流れの場合、再循環することが
できる。ここで、特に希薄な反応体が空気の場合、燃料
電池を一旦通過して後、希薄な反応体を廃棄することが
多い。反応体の未消費部分の過剰な水は一般にセパレー
ターや突き出しドラムで除去し、次いで排出する。次い
で反応体の流れの未消費部分は大気に放出する。
燃料電池の生成水と冷却液の流れを一緒にし、燃料電
池スタック内で電気化学的に発生した生成水をスタック
の温度を調節するために使用することは有益である。こ
の点に関して、冷却液としての生成水の使用は、燃料電
池で発生した水はそのものが適切な冷却流体であるた
め、冷却流体の別な外部の源を用意する必要がない。
次に、水素を実質的に完全に消費するまで再循環し、
酸素は空気として希薄な形態で提供する特定の燃料電池
系を考える。このような系の１つにおいて、酸素は燃料
電池を１回通過した後、酸素含有量が実質的に無くなる
前に排出する。このような系においては、反応体の利用
比を決めることが有益である。
ここで、酸素利用比は、単位時間あたりに燃料電池に
送った酸素成分の量を、単位時間あたりに燃料電池で消
費された酸素成分の量で割った値と定義する。より一般
的に反応体の利用比を定義することができる。この比
は、本明細書において、単位時間あたりに燃料電池入口
に送った１つの反応体の活性成分の量を、単位時間あた
りに燃料電池で消費されたその反応体の活性成分の量で
割った値と定義する。
燃料電池に供給する反応体の全体の活性成分を抜き取
るにおいて固有な非能率性を避けるために、各々の反応
体の利用比は1.0よりかなり高いレベルに一般に維持す
る。燃料電池の代表的な酸素利用比は約1.2〜約3.0であ
り、好ましくは約1.7〜約2.2であり、最も好ましくは約
2.0である。水素又は他の燃料を再循環して完全に消費
する場合、酸素利用比は、水を生成する水素との反応で
消費される酸素の化学量論量に比較して、供給される過
剰酸素もまた表す。
燃料電池の電力発生装置の効率を改善する１つの方法
は、選択の操作条件の燃料電池において、反応体の利用
比、特に酸素利用比を最適化することである。（本発明
の範囲内において水素利用比を最適化することもでき
る。ここで、本発明によって運転するような例示の態様
において、過剰な水素が存在し、酸素は限られた反応体
である。これらの条件下では、本発明者らは、水素の利
用比よりも酸素の利用比を調節しようとする）。
燃料電池の酸素利用比を最適化する１つの考察は、任
意の与えられた時間における燃料電池の電力出力であ
る。殆どの実際の装置において、燃料電池は、必要によ
る多い又は少ない電力を提供することができるように可
変の電力を有する必要がある。したがって、効率を向上
するために、燃料電池の瞬間的な電力出力にしたがって
酸素利用比を最適化する要求がある。
燃料電池の酸素利用比を最適化するにおける複雑な因
子は、変化する電気出力と燃料電池の運転条件下で燃料
電池を運転するために必要な電気出力の量の変化であ
る。動力は通常は燃料電池の電気出力から、燃料電池装
置そのもののポンプ、制御装置、他の支援装置を運転す
るために転換される。この転換された動力は通常は「寄
生動力（parasitic power）」と称され、本明細書でも
以降はこのように称する。燃料電池に寄生動力が必要な
ことは、燃料電池の支援装置を運転するために必要な寄
生動力を、燃料電池の総動力出力から差し引いて、燃料
電池を動力とする主な負荷に供給するに有用な正味の動
力を得なければならないため、全体の動力出力が減じら
れる。
燃料電池系を運転するに必要な寄生動力の量は、燃料
電池の動力出力と他の運転条件の変化とともにかなり変
化する。例えば、燃料電池が必要とする正味の動力出力
の増加は、正味の動力の増加に見合う燃料電池から取り
出されなければならない寄生動力の量もまた増加させる
ことがある。したがって、総動力需要は正味の動力需要
の増加よりも増えることがある。
高い正味動力出力の条件下で典型的なように、酸素利
用比が高い場合、燃料電池から抜き取る寄生動力の量も
また同様に高い。このことは、燃料電池に入れる前に空
気を圧縮する周囲空気を通気する燃料電池には特にあて
はまる。周囲空気系における圧縮は、一般にコンプレッ
サーを全体で又は部分的に（即ち、フライホイール等に
よって行う）寄生動力で運転することによって行う。コ
ンプレッサーの寄生動力の量は、圧縮した空気の圧力と
質量流量に比例する。酸素利用比が高いと、圧縮された
空気の多くは、特に不活性なその窒素成分は燃料電池に
利用されない。
燃料電池の総動力出力の増加に必要な寄生動力の増加
は、燃料電池の総動力出力の増加の目的をくつがえす程
に大きいことがある。総動力出力の増加の殆どは、特定
の運転条件下での寄生動力負荷の増加で失われる。
他方で、正味の動力需要が減少した又は小さい場合、
燃料電池を運転するに必要な寄生動力負荷を減らす必要
が対応して生じる。そうでなければ正味の動力需要が減
少した又は小さい場合に燃料を浪費しないように燃料電
池系をうまく適合させることができない。
当該技術におけるもう１つの問題は、負荷電流が変化
するときであっても、どのようにして実質的に一定の出
力電圧を有して燃料電池の動力発生系を提供するかであ
る。多くの電気装置、特に直流から交流の電力に転換す
るインバーターは、効率的に運転し、電圧の変化が大き
い場合の損傷を避けるために、実質的に一定な電圧を必
要とする。しかしながら、図１のグラフで示すように、
一定の圧力と温度で運転する燃料電池において、負荷
（即ち、出力）電流が変化すると出力電圧も変化するこ
とがある。このことは、出力電流の変化にもかかわらず
一定の電圧を提供するような解決すべき問題を示してい
る。
当該技術におけるもう１つの問題は、燃料電池の動力
発生系における反応体ガスの質量流量と圧力を独立して
かつ自動的に調節する仕方である。従来の系において、
燃料電池と下流の装置は流れに対して固定した抵抗を有
し（殆どは排出バルブ等を手動で調節して変えることが
できる）、燃料電池の上流で圧力と質量流量の両方を調
節している。したがって、燃料電池内の反応体ガスの質
量流量の自動調節に独立して燃料電池内の反応体ガスの
圧力を自動的に変えることは実施不可能であった。以降
で明らかにする理由により、燃料電池が電力出力におけ
る変化に最適に応答できるように、これらの変数を独立
かつ自動的に制御することがしばしば望まれる。
したがって、本発明の目的は、種々の運転条件下の燃
料電池において反応体の利用率を最適化することであ
る。
本発明のもう１つの目的は、負荷電流が変化するとき
であっても、実質的に一定の出力電圧を有する燃料電池
の動力発生系を提供することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、実質的に一定な出
力電圧を維持するために燃料電池内の反応体ガスの圧力
を制御することである。
本発明のもう１つの目的は、実質的に一定な出力電圧
を維持するために、燃料電池内の温度を制御することで
ある。
本発明のさらにもう１つの目的は、特に系を低い正味
動力需要レベルで運転するときに、電力発生系に基づく
燃料電池の寄生動力排出を最小限にすることである。
本発明のさらにもう１つの目的は、少なくとも１つの
燃料電池を含む電力発生系において、反応体ガスの圧力
と質量流量を同時に調節することである。
上記の１以上の目的、又は本発明の考察から明らかに
なるであろう１以上の目的は、本明細書に記載の本発明
によって満足される。
発明の要旨 本発明の１つの面は、燃料電池内の反応体の少なくと
も１種の利用度を調節する方法である。燃料電池の１つ
の考慮されたタイプにおいて、反応体ガスは酸化剤ガス
と燃料ガスである。酸化剤ガスはその反応体成分として
酸素を含み、所望により不活性成分として空気などの他
の成分を含む。燃料ガスは反応体成分として水素を含
み、所望により不活性成分としてリホーメート（例、天
然ガスリホーメート、メタノールリホーメート、これら
の組み合わせ）の他の成分を含む。燃料電池は各々の反
応体ガスのインプットとアウトプットを有する。
この方法は、反応体ガスを反応体インプットに供給
し、燃料電池についての反応体の利用比を選択する過程
を含む。この比は、単位時間あたりに燃料電池に送られ
た反応体の量を、単位時間あたり燃料電池で消費された
反応体の量で割った値として定義される。反応体の消費
は一般に、燃料電池の出力電流に直接比例する。反応体
ガスの質量流量は、選択の反応体の利用比を提供するよ
うに定める。
反応体ガスの実際の質量流量は、燃料電池の反応体ガ
スのインプットで測定する。反応体ガスの質量流量は、
燃料電池の反応体ガスのアウトプットで流量制御バルブ
によって調節する。燃料電池の出力電流に第１に応答
し、第２に反応体ガスのインプットで測定された質量流
量に応答する流量計算器が流量制御バルブを作動させ
る。この調節が、所望の反応体の利用比を提供するに適
切であると定めた反応体ガスの質量流量を維持する。
本発明のもう１つの面は、電力発生系に基づく燃料電
池において、出力電流の変化にかかわらず実質的に一定
な出力電圧を提供する方法である。この系は、反応体ガ
スのインプットと、電圧と電流によって特徴づけられる
電気出力を含む。この方法は、燃料電池の規定出力電圧
を選択する過程、及び燃料電池の電気出力の電圧と随意
の電流を少なくとも周期的に（通常の実施では連続的）
に測定する過程を含む。燃料電池内の反応体ガスの圧力
と随意の温度を、電気出力の電圧に応答して、また随意
の電流に応答して調節し、規定の電圧を実質的に維持す
る。
本発明の付加的な面は、電力発生系における寄生動力
ドレンを最小限にする方法である。系は、変化できる電
力出力容量を有する少なくとも１つの燃料電池を含む。
燃料電池から取り出した寄生動力によって駆動するコン
プレッサーにより、燃料電池に反応体ガスを供給する。
この方法は、コンプレッサーを駆動するために電力出
力から取り出す寄生動力の量を変化させることにより、
燃料電池内の反応体の利用比と圧力とを一定に維持しな
がら、燃料電池の出力電流が変化しており、質量流量を
変化させると決めることにより行う。従属的に、燃料電
池の出力電流の変化に応答するために燃料電池内の利用
比を実質的に一定に維持しながら、圧力と質量流量の両
方を変えることができる。或いは、反応体の圧力、質量
流量、及び利用比を、燃料電池の出力電流の変化に応答
して変えることもできる。
本発明のさらにもう１つの面は、上記の方法を実施す
るために特別に構成した装置である。
本発明のさらにもう１つの面は、少なくとも１つの燃
料電池を含む電力発生系において、反応体ガスの圧力と
質量流量の両方を同時に調節するための装置である。こ
の調節機械は、燃料電池への反応体インプットで所定の
圧力に反応体ガスを維持するための装置、燃料電池の電
流を測定するための装置と燃料電池の反応体インプット
で反応体ガスの質量流量を測定するための装置、及び必
要な質量流量を維持するために、燃料電池電流と反応体
インプットで測定した質量流量に応答して燃料電池の反
応体アウトプットで反応体ガスの質量流量を調節するた
めの装置を含む。
図面の簡単な説明 図１は燃料電池の電流と電圧のプロットである。２つ
のプロットは異なる温度と圧力条件下での運転にそれぞ
れ対応する。
図２は本発明による燃料電池系の略図の流れ図であ
る。
図３は、図２の装置に空気を供給するための本発明に
よる空気供給によって駆動するコンプレッサーの略図の
流れ図である。
図４は、図２と３の燃料電池系を調節するために使用
する制御論理を示すフロー図である。
本発明の詳細な説明 本発明を１以上の好ましい態様に関して説明するが、
本発明はこれらの態様に制限されるものではないと理解
すべきである。それとは逆に、本発明には、添付の請求
の範囲の思想と範囲に含むことができる全ての変更、改
良、均等が全て含まれる。
最初に図２に関して、電力発生系200を基礎にする集
積燃料電池は燃料電池スタック10を含む。燃料電池スタ
ック10は、それぞれ負極と正極のブスプレート22と24を
含み、それに可変負荷152と負荷スイッチ154を含む回路
を電気的に接続する。燃料電池スタック10の他に、集積
系は、燃料（水素）回路、酸化剤（酸素含有空気）流
路、水回路を含む。
図２に示す系200の燃料電池は、入口フィルター301と
それに関連の燃料供給ライン114を有する、加圧された
実質的に純粋な水素供給112を含む。供給112から燃料イ
ンプット118を通る燃料の流れを可能にするため、通常
は３方バルブ116を設置する。或いは、バルブ116をシフ
トし、水素供給を分離し、マフラー302を経由して燃料
回路をガス抜きすることもできる。燃料の流れは、スタ
ック10の給湿部で給湿し、スタック10の活性部における
燃料の電気的触媒酸化に関係する。給湿した燃料の出口
の流れ120は燃料電池スタック10を出て水セパレーター1
26に送られ、ここで流れ120から典型的に凝縮によって
水分を除去し、除去した水は溜128に溜める。除去した
水は、周期的に溜128から水ドレンバルブ130、チェック
バルブ132、ドレンライン134を通って排出される。バル
ブ130は溜128の水が所定の深さを超えたときに排出する
ことを許容する。バルブ130は典型的に溜128の必須成分
である。
図２に示すように、水セパレーター126を出た除湿し
た燃料の流れは、戻りライン142と150、脱イオンフィル
ター122、チェックバルブ151を通って燃料入口流れ118
に再循環する。流れの中に蓄積した汚れを排出するため
に、ライン144を経てライン142の除湿した燃料の流れを
周期的な間隔でパージする。このパージはパージ146の
作動によって行い、ライン148とマフラー303を通して除
湿した燃料の流れを大気に放出する。ライン142の除湿
した燃料の流れはスタートアップの間に、（１）スタッ
ク10の燃料の流れチャンネルから余剰の水を排出ため、
（２）ポンプ140をアンロードしてポンプの作動を容易
にするためにパージする。
系200の酸化剤回路は、入口フィルター326を経て入口
ライン164に導く酸化剤供給ライン163を有する加圧空気
供給の形態の酸化剤ガス源162を含む。図２の例示の態
様において、酸化剤ガス源162からの空気は約20％の酸
素を含み、このため源162は希薄な反応体源と考えるこ
とができる。源162からライン168の酸化剤の流れをオン
オフバルブ166が操作する。質量流量変換器358がライン
168の酸化剤の質量流量をモニターする。酸化剤入口流
れはライン168を経て燃料電池スタック10に入り、ここ
で酸化剤の流れは、給湿部で給湿され、次いでスタック
10の活性部で燃料の電気的触媒酸化に参加する。燃料電
池スタック10を出た酸化剤出口流れ170は、未反応ガス
の他に給湿水と、同伴の生成水を含む。燃料電池スタッ
ク10の出口のすぐ下流で酸化剤の出口流れ170の温度を
熱電対で測定し、下記のようにして、冷却液熱交換器に
関係する空気循環装置を作動させる。
燃料電池スタック10を出た給湿した酸化剤の流れ170
は、図２に示すように、最初の水セパレーター174に導
く。水セパレーター174は、吸収され同伴する水を流れ1
70から除去する。適切なセパレーターは、ホウ珪酸ガラ
ス繊維とウール成分を含む合着フィルターであり、燃料
ガスが通過しながらその上に水蒸気が容易に凝縮する。
除去した水は流れ制御ニードルバルブ304、ライン305、
ライン124を通って溜176に溜まる。余剰の水は水ドレン
ライン134を通って溜176から排出する。
セパレーター174を出た酸化剤ガスはライン306を経て
熱交換器307を通り、熱交換器307は酸化剤ガスを冷却
し、スタック10を出た冷却水に熱を移動する（以降でさ
らに説明する）。酸化剤ガスが冷えると水蒸気を含有す
る能力が低下する。次いで酸化剤ガスはライン310を経
て２番目の合着フィルター308を通る。フィルター308は
付加的な水を除去し、この水は流れ制御ニードルバルブ
309、ライン124を通って溜176に溜まる。
例示の態様の酸化剤は希薄な反応体であるため、この
態様においては再循環しない。その代わりに、除湿した
酸化剤の流れ178を、可変オリフィス制御バルブ180とマ
フラーライン182を通して大気に放出する。バルブ180は
系200からの酸化剤の流量を増やす又は減らすために開
く又は閉じる。
酸化剤として実質的に純粋な酸素を使用する態様にお
いては、前記の除湿した燃料の流れ138の再循環と同様
な仕方で除湿した酸化剤の流れ178を再循環できること
が理解されるであろう。
系200の冷却液回路は、給湿した酸化剤の流れ170から
除去して溜176に溜めた水からその冷却流体を取り出
す。図２に示すように、冷却液の流れ192は溜176を出
て、並列の熱交換器210と312、制御バルブ206、チェッ
クバルブ208、及び空気循環装置222を含む熱交換器アセ
ンブリーに水循環ポンプによってポンプ輸送される。空
気循環装置222は好ましくは１以上のファンである。定
常状態の運転の間、熱交換器210と312を通して冷却水の
流れ314を導くためにバルブ206を開け、熱交換器で冷却
水の流れ314は別の冷却用流体、好ましくは空気に熱を
伝え、冷却されたチルド水の流れ196を得る。
熱交換器210と312は並列に配置して流れ抵抗を下げ、
バルブ206が開いておればバルブ208を経てバイパスする
のではなく、熱交換器に冷却水が流れるようにする。空
気循環装置222は、スタック10を出る給湿した酸化剤の
流れの熱電対172で測定した温度が所定の値を超えたと
きに作動する。スタートアップの際、又は冷却水が所望
の温度又はそれより低いその他の場合は、バルブ206を
閉め、実質的に流れ314から熱を取らずに熱交換器210を
バイパスし、冷却水の流れ314をバルブ208を経てチルド
水の流れ196に流れを変える。
図２に示すように、チルド水の流れ196は、脱イオン
フィルター198、ライン316、フロースイッチ318、ライ
ン320、水ヒーター322を通り、スタック10の水入口202
へ流れる。（フロースイッチ318は、ライン316からライ
ン320に水が流れていない場合に燃料電池系200を運転停
止する。） 水ヒーター322は、主としてスタートアップのときに
運転温度までスタック10を迅速に昇温する、第２に別な
ときにスタックを最低限の運転温度に維持するために作
動する電気加熱ヒーターを含む。スタック10を出た水
は、ライン204、熱交換器307、ライン374を経て溜176に
流れる。
次に図３を参照して、好ましい酸化剤ガス源162（図
２ではブロックで示した）を詳細に説明する。源162
は、空気フィルター328によって異物の混入を防いだ入
口324を含む。空気フィルター328はコンプレッサー330
に通じ、コンプレッサーは、ここではモーター332で駆
動する可変速度の一定排出量のコンプレッサーである。
モーターはモーター速度調節器334で制御する。モータ
ー速度、したがって空気質量流量、及び圧力は、以降で
より詳しく説明する目的により、圧力調節器345で制御
する。
圧縮空気はコンプレッサー330を出て、ライン336を経
由し、レシーバー338に入る。本発明の１つの態様にお
いて、酸化剤ガス源162によって提供された圧力は、溜3
38からライン163へのアウトプットを調節するよりも、
圧力調節器345の整定値を変化することによって変え
る。圧力調節器345は、圧力変換器344からの信号343に
応答する閉ループの方法で、モーター速度調節器334へ
の命令信号347によって整定圧力を維持する。モーター
速度の変化は空気流量を変化させ、これは圧力が変化す
るメカニズムでもある。この態様を用いると、溜338は
容量が極めて速度であることができ、実質的に供給圧力
に維持される。この態様において、溜338の主な目的は
圧縮空気の充分な貯蔵ではなく、コンプレッサー330の
出力圧力の瞬間的変動や、燃料電池系の需要の変動を和
らげることである。
レシーバー圧力は、ライン339、圧力変換器334に通じ
る緩衝タンク342、及びマフラー350への排出ライン348
を経由する空気の放出を制御する圧力リリーフバルブ34
6を含む圧力リリーフ経路によって制約される。圧力リ
リーフバルブ346は、整定値以上にレシーバー338の圧力
が上がることを防ぐことが必要なときに開く。運転を止
める前に空気ラインをパージすべき場合、圧力調節器34
5からの信号によってバルブ354を開け、レシーバー338
の内容物を、ライン356、348、次いでマフラー350を経
てパージすることができる。
次に図４に関して、好ましい態様の制御論理を略図で
示す。スタック10を通る酸化剤ガスの必要な質量流量、
したがって変換器358を通る質量流量をフロー計算器340
で求める。フロー計算器340は第１に電流変換器362から
の電流信号381に応答し、第２の質量流量変換器358から
の質量流量信号383に応答する。
酸素利用比の計算器341が、燃料電池の最適な運転に
適切な酸素利用比を計算し、この情報を信号387によっ
てフロー計算器340に送る。最適な酸素利用比（OUT）
は、代表的な条件下で運転する燃料電池を構成し、次い
で最適な条件が得られるまでOURを自動的に調節するこ
とにより、考慮された運転条件の全範囲について実験的
に決めることができる。最適条件の１つの判断基準は、
唯一の判断基準を意味するものではないが、燃料電池の
所与の正味出力動力における最小の寄生動力レベルであ
る。（正味の出力動力は燃料電池の総出力動力から寄生
動力を差し引いた動力。） 所望の質量流量は、フロー計算器340が所望の質量流
量が得られてと測定するまでフロー制御バルブ180のオ
リフィス径を変化させることによって実現され、維持さ
れる。その後の所望の質量流量からの全ての偏差は質量
流量変換器358で同様に検出され、フロー制御バルブ180
への命令信号389により、フロー計算器340によって修正
される。
また、図４に示す装置は、スタック10の電気出力の電
圧と電流を検出するための電圧電位364と電流の変換器3
62（両方とも図２に示した）を含む。これらのインプッ
トは、種々のアウトプット又は負荷電流について、一定
の値にスタックの電圧を調節するために必要な情報を提
供するために使用する。
再び図１に関して、スタックの電圧を調節することを
可能にする原理を示してある。曲線366は、酸化剤ガス
が103.42kPa（ゲージ）（15p.s.i.g.）で水素供給も10
3.42kPa（ゲージ）（15p.s.i.g.）のときのスタック電
圧とスタック電流の関係を示す。また、曲線366は65℃
の酸化剤出力温度と2.0の酸素利用比において得た。電
流が増加すると電圧は減少する（調節していない任意の
動力供給について期待されるように）。曲線368は206.8
4kPa（ゲージ）（30p.s.i.g.）の水素圧力と酸化剤ガス
圧力、70℃の温度、及び2.0の酸素利用比での燃料電池
の運転を示す。
曲線366の条件下で、約125アンペアの負荷電流を約35
ボルトの電圧で供給することができる。何らかの理由で
電流が約175アンペアに増加し、他の全ての条件は同じ
に維持された場合、電圧は約32ボルトに降下するであろ
う。ここで、空気と水素の圧力を206.84kPa（ゲージ）
（30p.s.i.g.）に、温度を70℃に（プロット368の条
件）に上げることによって負荷の変化に系が応答するな
らば、負荷の変化や燃料電池10の電流にいかかわらず、
そこで電圧は35ボルトに維持されるであろう。
圧力は、50アンペアよりかなり小さい又はやや大きい
電流の変化に応答して、103.42kPa（15p.s.i.g.）より
かなり小さく又はやや大きい増加で変化し、条件の細か
い制御又は広い範囲の制御を達成することができる。し
かし、操作の原理は同じである。
図４に戻って、前記に説明した原理をスタック10の電
圧を調節するために使用することができる。電圧計364
が燃料電池10の実際の電圧を測定し、この情報を計算器
370に送り、計算器はデータを貯蔵して所望のスタック
電圧を指示し、計算器370は第２のインプットとして電
流変換器362から実際のスタック電流を受信する。計算
器370は選択の電圧を達成するために必要なスタック圧
力を決める。このスタック圧力は制御信号385によって
空気源162に伝達し、水素供給112の対応する構造に伝達
する。これらの供給源は所望の圧力をスタック10に提供
するように調節される。（この態様において、水素供給
112は充填された水素であり、そのアウトプット圧力は
通常の調節器で制御される。） 同様に、スタックの温度は、第１に燃料電池の電圧の
変化に応答して、第２に電流の変化に応答して、燃料電
池の電圧を調節するために変化させることができる。
スタックの温度は、通常は望ましくは圧力変化に応答
して、一部はガス供給の湿度を燃料電池の運転に適切な
レベルに維持するために変化させる。その結果、信号39
1によって伝達される圧力の整定値は温度計算器372に伝
達され、これが所望のスタック温度整定値を決める。温
度計算器372と熱電対172を含む温度制御ループは、熱交
換器210と312を通る又はその周りの冷却水を通すバルブ
206の操作を制御する。或いは、またはこれに加えて、
冷却を増強するためにファン222を運転し、又は冷却を
減らすために停止し、或いは熱交換器210と312の冷却の
程度の変化に合わせてファンの速度を調節することもで
きる。このようにして、所望のスタック温度を達成・維
持することができる。
図３と４に関して、本発明のさらにもう１つの面は、
スタックを低い又は少ない負荷で運転するときの空気源
162のコンプレッサーモーター332に取られる寄生動力を
低下する方法である。モーター332を全負荷又は無負荷
の仕方で運転することは一般的であり、即ち、充分な大
きさのレシーバー338の圧力を迅速に補給するか、又は
レシーバー338の圧力が適当なときは停止する。この前
記の空気加圧の機構を、スタック電圧を調節するために
酸化剤ガスの圧力を増減する本発明と組み合わせた場
合、非常に高い瞬間的寄生負荷と厳しいスタック電圧の
過渡現象とすれば、モーター332は時間の一部で系の充
分な動力を引き出すであろう。
本発明にしたがうと、モーター332の寄生負荷は連続
的であるができるだけ小さく、この理由は、負荷電流が
低い場合、レシーバー338の所定の圧力としたがってス
タック10の圧力を維持しながら、モーター332の速度と
動力の取り出しとしたがってコンプレッサーの速度と動
力の取り出しを、反応体質量流量を下げるように低下す
るためである。このように、低い動力の抜き出しにおい
て系をより効率的に運転することができる。
間欠的に運転する代わりにモーター332の速度を制御
することは、この他の長所もまた有する。例えば、モー
ター332の速度に割合に小さい変化を与えようとする場
合、通常のオンオフの場合と同様に容易に系を制御する
ことができる。モーター332が最初はオフであって、次
にスイッチをオンにする場合、燃料電池系から大きなス
タート用電気負荷が寄生動力として取り出され、このた
め寄生負荷が瞬間的に厳しく増加し、系を不都合に混乱
させる。作動しながらのモーター332の速度の小さな変
化はスタート用負荷を生じず、このため制御が酸化剤圧
力に及んでも、寄生動力の取り出しは急激に変化しな
い。
圧力制御のためにモーター332を直接制御することの
付随的利点は、レシーバー338がもはや主として圧力ヘ
ッドを蓄えるのではなく、単に圧力変動を緩和すること
である。したがって、かなり小さなレシーバー338で良
いため、空間、重量、装置コストの節約になる。
本発明のもう１つの特徴は、スタック10の酸化剤ガス
イップットにおける質量流量変換器358のアウトプット
信号、レシーバー338から伝達した圧力、スタック10の
下流のアウトプットライン178における可変フローバル
ブ180は、スタック10を通る酸化剤ガスの質量流量と圧
力を独立して変えるために調整することができる。
酸化剤ガスの流量をその圧力を高めずに増加すべき場
合、変換器358が所望の質量流量から得られたことを検
出するまで流量可変バルブ180を開ける。質量流量の未
補償の増加は圧力の低下によって達成されるであろう
が、同時にレシーバー338内の圧力を変換器344でモニタ
ーする。
全ての圧力低下の方向への傾向は、レシバー338内の
整定圧力をもとに戻すに充分なモーター332の速度の増
加によって適合することができる。これがセンサー358
によって質量流量を再び若干変化させる範囲まで、バル
ブ180は第２の相互作用において変換器358によって流量
をもとに戻そうとする。
系が正しく構成されている場合、圧力制御と質量流量
制御の連続的な混乱は次第に小さくなり、新しい質量流
量を新しい圧力の新しい運転状態を敏速に達成すること
ができる。
アナログの方法において、モーター332の速度変化に
由来する圧力変化、又はレシーバー338の中のこの他の
圧力変化は質量流量を変化させずに行うことができる
（例外として、圧力変化に由来する質量流量の小さな一
時的混乱を除く）。圧力と質量流量の独立した調整は、
燃料電池の変化する電流負荷を調節するために、燃料電
池の電圧の調整と酸素利用比独立した変化を可能にす
る。
フロントページの続き (72)発明者 ブレア，ジェームス ディー. カナダ国，ブリティッシュ コロンビア ブイ５エイチ ２ゼット３，バーナビ ー，テルフォード アベニュ 201― 6615 (56)参考文献 特開 昭61−51772（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−164158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−56374（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 8/04 - 8/06

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１つの燃料電池、少なくとも１
    種の反応体成分と随意の少なくとも１種の不活性成分を
    含む反応体ガスの前記燃料電池への供給部、及び反応体
    ガスの前記燃料電池からの排出部を含んでなる電力発生
    設備において、 A.単位時間あたり前記反応体供給部に送った反応体成分
    の量を、単位時間あたり燃料電池で消費される反応体成
    分の量で割った値と定義される反応体利用比を、前記燃
    料電池について選択し、 B.選択した反応体利用比を提供する燃料電池を通る反応
    体ガスの質量流量を定め、 C.反応体ガス供給部における反応体ガスの実際の質量流
    量と、前記燃料電池の出力電流を測定し、 D.出力電流と前記反応体ガス供給部で測定した質量流量
    に応答して、前記燃料電池の反応体ガス排出部において
    反応体ガスの質量流量を調節し、前記定めた質量流量を
    実質的に維持し、 E.同時に、前記反応体ガス供給の圧力を調節し、前記燃
    料電池内の反応体ガス圧力を調節することにより、所望
    の出力電圧を維持する、 各工程を含むことを特徴とする、電力発生設備において
    反応体ガスの使用を調節し且つ電気出力の電圧を調節す
    る方法。
  2. 【請求項２】前記反応体の成分が酸素である請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】前記反応体ガスが空気である請求項１に記
    載の方法。
  4. 【請求項４】前記反応体の成分が水素である請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】前記反応体ガスが、水素ガス、天然ガスリ
    ホーメート、メタノールリホーメート、これらの組み合
    わせ、及びこれらの再循環物からなる群より選択された
    請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記燃料電池の出口で受けた反応体成分の
    少なくとも一部を前記燃料電池の供給に再循環する過程
    をさらに含む請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記工程Ｅが、反応体ガスを燃料電池の供
    給部に送るために使用されるコンプレーサーのモーター
    速度を調節することを含む請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】反応体ガスを入れるための反応体ガスの入
    口、反応体ガスを排出するための反応体の出口、電圧と
    電流を特徴とする電気出力を有する少なくとも１つの燃
    料電池を含む電力発生装置において反応体ガスの圧力と
    質量流量を同時に調節するための装置であって、次の構
    成成分を含んでなる装置： A.前記反応体ガスの入口で所定の圧力に反応体ガスを維
    持するための装置 B.前記の出力電流を測定するための装置 C.前記反応体ガスの入口で反応体ガスの質量流量を測定
    するための装置 D.前記測定した出力電流と前記測定した質量流量に応答
    して、前記燃料電池の反応体出口において反応体ガスの
    質量流量を調節するための装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101091661B1 (ko) * 2007-06-21 2011-12-08 기아자동차주식회사 연료전지용 캐소드의 카본 부식억제방법

Families Citing this family (137)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5560999A (en) * 1993-04-30 1996-10-01 Aer Energy Resources, Inc. Air manager system for recirculating reactant air in a metal-air battery
US5721064A (en) * 1993-04-30 1998-02-24 Aer Energy Resources Inc. Air manager system for reducing gas concentrations in a metal-air battery
CA2161668C (en) * 1993-04-30 2001-09-04 Leonard T. Skeggs Cathode air recirculation and moisture control
US6703150B2 (en) 1993-10-12 2004-03-09 California Institute Of Technology Direct methanol feed fuel cell and system
US5599638A (en) 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
JP3384059B2 (ja) * 1993-11-12 2003-03-10 富士電機株式会社 燃料電池発電装置
JPH08106914A (ja) * 1994-09-30 1996-04-23 Aisin Aw Co Ltd 燃料電池発電装置
KR0171207B1 (ko) * 1994-11-11 1999-03-30 와다 아키히로 고분자 전해질형 연료 전지와 그 운전 제어 방법
US5441821A (en) * 1994-12-23 1995-08-15 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell system with a regulated vacuum ejector for recirculation of the fluid fuel stream
US5514487A (en) * 1994-12-27 1996-05-07 Ballard Power Systems Inc. Edge manifold assembly for an electrochemical fuel cell stack
EP0741428A1 (en) * 1995-05-04 1996-11-06 FINMECCANICA S.p.A. AZIENDA ANSALDO A supply system for fuel cells of the S.P.E. (SOLID POLYMER ELECTROLYTE) type for hybrid vehicles).
AU5807296A (en) * 1995-06-07 1996-12-30 Ballard Power Systems Inc. Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicl e
US5672439A (en) * 1995-12-18 1997-09-30 Ballard Power Systems, Inc. Method and apparatus for reducing reactant crossover in an electrochemical fuel cell
US5771476A (en) * 1995-12-29 1998-06-23 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Power control system for a fuel cell powered vehicle
US6186254B1 (en) 1996-05-29 2001-02-13 Xcelliss Fuel Cell Engines Inc. Temperature regulating system for a fuel cell powered vehicle
JP4000607B2 (ja) * 1996-09-06 2007-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の発電装置およびその方法
US6376113B1 (en) 1998-11-12 2002-04-23 Idatech, Llc Integrated fuel cell system
EP1677379A1 (en) * 1997-03-25 2006-07-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
DE19722598B4 (de) 1997-05-29 2006-11-09 Areva Energietechnik Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems sowie dessen Verwendung in einer Anordnung zur unterbrechungsfreien Stromversorgung
US6280867B1 (en) 1997-12-05 2001-08-28 Griff Consulting, Inc. Apparatus for pumping a fluid in a fuel cell system
JP4192301B2 (ja) * 1998-08-03 2008-12-10 トヨタ自動車株式会社 改質器の制御装置
US6638652B1 (en) * 1998-10-02 2003-10-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell control apparatus
US6093502A (en) * 1998-10-28 2000-07-25 Plug Power Inc. Fuel cell with selective pressure variation and dynamic inflection
AT407314B (de) * 1998-11-23 2001-02-26 Vaillant Gmbh Brennstoffzellenanordnung
GB2370407B (en) 1998-12-01 2003-05-14 Ballard Power Systems Method and apparatus for controlling the temperature within an electrochemical fuel cell
US6194095B1 (en) * 1998-12-15 2001-02-27 Robert G. Hockaday Non-bipolar fuel cell stack configuration
DE19911016C2 (de) * 1999-03-12 2001-07-26 Daimler Chrysler Ag Brennstoffzellensystem mit kathodenseitigen Wasserabtrennmitteln
DE19913794C2 (de) * 1999-03-26 2002-11-14 Xcellsis Gmbh Fahrzeug mit einem Antriebsstrang für wenigstens zwei Antriebsräder und mit einem Brennkraftmaschinen-Antrieb sowie mit einem Brennstoffzellensystem
US6641625B1 (en) 1999-05-03 2003-11-04 Nuvera Fuel Cells, Inc. Integrated hydrocarbon reforming system and controls
US6391484B1 (en) * 1999-07-06 2002-05-21 General Motors Corporation Fuel processor temperature monitoring and control
US6979507B2 (en) * 2000-07-26 2005-12-27 Idatech, Llc Fuel cell system controller
BR0012768A (pt) * 1999-07-27 2002-04-02 Idatech Llc Sistema de células de combustìvel
DE19944540B4 (de) 1999-09-17 2005-01-13 Daimlerchrysler Ag Reaktorsystem mit elektrischen Heizmitteln
US6242120B1 (en) * 1999-10-06 2001-06-05 Idatech, Llc System and method for optimizing fuel cell purge cycles
US6383670B1 (en) * 1999-10-06 2002-05-07 Idatech, Llc System and method for controlling the operation of a fuel processing system
US6379826B1 (en) 1999-11-18 2002-04-30 Plug Power Inc. Regulating a fuel cell powered heating system
US6461751B1 (en) * 1999-12-06 2002-10-08 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for operating a fuel cell
US6428917B1 (en) 1999-12-27 2002-08-06 Plug Power Inc. Regulating the maximum output current of a fuel cell stack
US6451464B1 (en) * 2000-01-03 2002-09-17 Idatech, Llc System and method for early detection of contaminants in a fuel processing system
US6465118B1 (en) 2000-01-03 2002-10-15 Idatech, Llc System and method for recovering thermal energy from a fuel processing system
JP2001229941A (ja) * 2000-02-16 2001-08-24 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
US6835481B2 (en) 2000-03-29 2004-12-28 Idatech, Llc Fuel cell system with load management
DE10016185B4 (de) * 2000-03-31 2006-11-30 Nucellsys Gmbh Verwendung eines Kompressors in einem Brennstoffzellensystem
DE10028133B4 (de) * 2000-06-07 2005-11-03 Ballard Power Systems Ag Vorrichtung und Verfahren zum Befeuchten eines Prozessgasstroms sowie Verwendung der Vorrichtung
US6824915B1 (en) 2000-06-12 2004-11-30 The Gillette Company Air managing systems and methods for gas depolarized power supplies utilizing a diaphragm
US6541141B1 (en) * 2000-06-13 2003-04-01 Hydrogenics Corporation Water recovery in the anode side of a proton exchange membrane fuel cell
US6830060B2 (en) * 2000-06-27 2004-12-14 Siemens Vdo Automotive, Inc. Air mass flow controller valve
JP3832802B2 (ja) * 2000-07-25 2006-10-11 本田技研工業株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
US6458478B1 (en) * 2000-09-08 2002-10-01 Chi S. Wang Thermoelectric reformer fuel cell process and system
US6531238B1 (en) 2000-09-26 2003-03-11 Reliant Energy Power Systems, Inc. Mass transport for ternary reaction optimization in a proton exchange membrane fuel cell assembly and stack assembly
US6686078B1 (en) * 2000-09-29 2004-02-03 Plug Power Inc. Method of reformer operation to prevent fuel cell flooding
RU2003116515A (ru) * 2000-10-30 2004-10-10 Зтек Копэрейшн (Us) Многофункциональная энергетическая система (варианты)
FR2816760B1 (fr) * 2000-11-14 2003-10-31 Air Liquide Procede et dispositif de recuperation de l'eau produite par une pile a combustible
FR2816761B1 (fr) * 2000-11-14 2003-01-24 Air Liquide Procede et installation de purge de l'eau incluse dans le circuit hydrogene d'une pile a combustible
US6393354B1 (en) 2000-12-13 2002-05-21 Utc Fuel Cells, Llc Predictive control arrangement for load-following fuel cell-powered applications
JP4374782B2 (ja) 2001-01-18 2009-12-02 トヨタ自動車株式会社 車載用燃料電池システム及びその制御方法
JP4470346B2 (ja) 2001-01-18 2010-06-02 トヨタ自動車株式会社 車載用燃料電池システムおよび水素オフガス排出方法
JP2002216813A (ja) * 2001-01-18 2002-08-02 Toyota Motor Corp 車載用燃料電池システム、燃料電池及び水素吸蔵合金タンク
US6680136B2 (en) 2001-01-25 2004-01-20 Delphi Technologies, Inc. Gas containment/control valve for a solid oxide fuel cell
CA2334530A1 (en) * 2001-02-06 2002-08-06 General Motors Corporation A direct methanol fuel cell system with a device for the separation of the methanol and water mixture
US7294421B2 (en) 2001-02-07 2007-11-13 Delphi Technologies, Inc. Solid oxide auxiliary power unit reformate control
US6586123B1 (en) 2001-02-07 2003-07-01 Utc Fuel Cells, Llc Variable stochiometry fuel cell
US20020114984A1 (en) * 2001-02-21 2002-08-22 Edlund David J. Fuel cell system with stored hydrogen
DE10109379A1 (de) * 2001-02-27 2002-09-12 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle im Minimal- oder Teillastbereich
US6596426B2 (en) * 2001-04-05 2003-07-22 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for the operation of a cell stack assembly during subfreezing temperatures
US6783881B2 (en) 2001-04-11 2004-08-31 Donaldson Company, Inc. Filter assembly for intake air of fuel cell
US6780534B2 (en) 2001-04-11 2004-08-24 Donaldson Company, Inc. Filter assembly for intake air of fuel cell
FR2826782B1 (fr) * 2001-06-27 2003-09-12 Air Liquide Procede et installation de purge de l'eau incluse dans le circuit hydrogene d'un ensemble de production d'energie a base de pile a combustible
DE10132346B4 (de) * 2001-07-04 2007-12-13 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren für den Betrieb einer Brennstoffzelle mit Begrenzereinrichtung für die Klemmenspannung
JP3807263B2 (ja) * 2001-07-24 2006-08-09 日産自動車株式会社 燃料電池の発電量制御装置
US6951697B2 (en) * 2001-09-11 2005-10-04 Donaldson Company, Inc. Integrated systems for use with fuel cells, and methods
DE10148664A1 (de) * 2001-10-02 2003-04-24 Ballard Power Systems Brennstoffstoffzellensystem mit einem Massenstromsensor
JP4410965B2 (ja) * 2001-10-18 2010-02-10 株式会社荏原製作所 燃料電池発電システムによる発電方法及び燃料電池発電システム
FR2833761B1 (fr) * 2001-12-14 2004-07-16 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de generation d'electricite du type pile a combustible et vehicule comportant un tel dispositif
DE10200058B4 (de) * 2002-01-02 2019-05-29 General Motors Llc ( N. D. Ges. D. Staates Delaware ) Liefersystem zur Lieferung eines gasförmigen Brennstoffs an einen Brennstoffstapel, Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zur Lieferung eines gasförmigen Brennstoffs
DE60324771D1 (de) * 2002-02-19 2009-01-02 Honeywell Int Inc Wärmeträger mit hohem elektrischem widerstand für brennstoffzellaggregate
US7282285B2 (en) * 2002-04-05 2007-10-16 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for the operation of a cell stack assembly during subfreezing temperatures
US6893756B2 (en) * 2002-04-30 2005-05-17 General Motors Corporation Lambda sensing with a fuel cell stack
DE10227530A1 (de) * 2002-06-20 2004-04-01 Daimlerchrysler Ag Kraftfahrzeug
DE10233822A1 (de) * 2002-07-25 2004-02-26 Daimlerchrysler Ag Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der von einem Verdichter in einem Brennstoffzellensystem angesaugten Gasmasse
US7087332B2 (en) * 2002-07-31 2006-08-08 Sustainable Energy Systems, Inc. Power slope targeting for DC generators
US7470481B2 (en) * 2002-09-27 2008-12-30 Kabushikikaisha Equos Research Fuel cell system
US20040081867A1 (en) * 2002-10-23 2004-04-29 Edlund David J. Distributed fuel cell network
US20040081868A1 (en) * 2002-10-23 2004-04-29 Edlund David J. Distributed fuel cell network
WO2004042843A2 (en) * 2002-10-30 2004-05-21 Nuvera Fuel Cells, Inc. Method and system for controlling fluid flow in a fuel processing system
JP3946623B2 (ja) * 2002-11-29 2007-07-18 本田技研工業株式会社 燃料電池車両の制御装置
US8027759B2 (en) * 2002-11-29 2011-09-27 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell vehicle system
DE10258496B4 (de) * 2002-12-14 2005-10-13 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Regelung der Brennstoffzufuhr zu einem Brennstoffzellensystem
DE10308473B4 (de) * 2003-02-20 2005-11-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Inbetriebnahme/Außerbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems
JP5411901B2 (ja) * 2003-03-18 2014-02-12 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP4815733B2 (ja) * 2003-03-24 2011-11-16 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US6796332B1 (en) * 2003-04-04 2004-09-28 Texaco Inc Fluid balance control system for use in a fuel processor
DE10315699A1 (de) * 2003-04-07 2004-10-21 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Versorgung eines Kathodenbereichs wenigstens einer Brennstoffzelle mit einem sauerstoffhaltigen Medium
JP4165300B2 (ja) * 2003-05-29 2008-10-15 松下電器産業株式会社 ガスセンサとそれを用いた燃料電池システムおよび自動車
US7655336B2 (en) 2003-05-29 2010-02-02 Honda Motor Co., Ltd. Fuel-cell system
US6881507B2 (en) 2003-06-04 2005-04-19 Milos Milacic Method and apparatus for measuring the mass flow of hydrogen in a fuel cell
US7250231B2 (en) * 2003-06-09 2007-07-31 Idatech, Llc Auxiliary fuel cell system
DE10327535A1 (de) * 2003-06-18 2005-01-13 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Gleitringdichtung und Kombination einer Gleitringdichtung mit einer Pumpe sowie Verfahren
US7353897B2 (en) 2003-07-23 2008-04-08 Fernandez Dennis S Telematic method and apparatus with integrated power source
US20050112425A1 (en) * 2003-10-07 2005-05-26 Ztek Corporation Fuel cell for hydrogen production, electricity generation and co-production
GB2411043B (en) 2004-02-10 2007-09-19 Ceres Power Ltd A method and apparatus for operating an intermediate-temperature solid-oxide fuel cell stack
DE102004021279A1 (de) * 2004-04-29 2005-11-24 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betreiben eines PEM-Brennstoffzellensystems
US8277997B2 (en) 2004-07-29 2012-10-02 Idatech, Llc Shared variable-based fuel cell system control
US7842428B2 (en) 2004-05-28 2010-11-30 Idatech, Llc Consumption-based fuel cell monitoring and control
FR2871948B1 (fr) * 2004-06-21 2006-08-11 Renault Sas Module de puissance pour moteur electrique de traction de vehicule automobile et procede de regulation d'un tel module de puissance
US7858252B2 (en) * 2004-06-28 2010-12-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Active control strategy for PEM fuel cell liquid water evacuation
US20060046107A1 (en) * 2004-09-01 2006-03-02 Caterpillar Inc. System for fuel cell power plant load following and power regulation
JP4924786B2 (ja) * 2004-09-06 2012-04-25 ソニー株式会社 燃料電池発電装置の運転方法及び燃料電池発電装置
GB0507237D0 (en) * 2005-04-09 2005-05-18 Petrowell Ltd Improved packer
US20070020491A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Michael Ogburn Stoichiometric control methodology for fuel cell systems
JP4807357B2 (ja) * 2005-07-27 2011-11-02 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7776485B1 (en) 2005-08-03 2010-08-17 Hydro Fuel Cell Corporation Fuel cell stack with a plurality of connected single unit fuel cells
US8003270B2 (en) * 2005-08-17 2011-08-23 Idatech, Llc Fuel cell stacks and systems with fluid-responsive temperature regulation
US20070042233A1 (en) * 2005-08-19 2007-02-22 Lyman Scott W Systems and methods for initiating auxiliary fuel cell system operation
US7659019B2 (en) 2005-09-16 2010-02-09 Idatech, Llc Thermally primed hydrogen-producing fuel cell system
US8597848B2 (en) * 2005-10-21 2013-12-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system, estimation device of amount of anode gas to be generated and estimation method of amount of anode gas to be generated
FR2900000A1 (fr) * 2006-04-14 2007-10-19 Renault Sas Module de puissance comprenant une pile a combustible et un dispositif de degazage
US7887958B2 (en) 2006-05-15 2011-02-15 Idatech, Llc Hydrogen-producing fuel cell systems with load-responsive feedstock delivery systems
US7808125B1 (en) 2006-07-31 2010-10-05 Sustainable Energy Technologies Scheme for operation of step wave power converter
US7862946B1 (en) 2007-02-05 2011-01-04 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Self-regulating control of parasitic loads in a fuel cell power system
JP4821662B2 (ja) * 2007-03-12 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US20080299423A1 (en) * 2007-05-30 2008-12-04 Laven Arne Fuel cell systems with maintenance hydration
US7754361B2 (en) 2007-05-30 2010-07-13 Idatech, Llc Fuel cell systems with maintenance hydration by displacement of primary power
US8034500B2 (en) * 2007-05-30 2011-10-11 Idatech, Llc Systems and methods for starting and operating fuel cell systems in subfreezing temperatures
US8031495B2 (en) * 2007-06-04 2011-10-04 Sustainable Energy Technologies Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology
JP4905706B2 (ja) * 2007-07-03 2012-03-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及びその制御方法
GB2458113A (en) * 2008-03-03 2009-09-09 Voller Energy Ltd Monitoring and control systems for an integrated fuel processor and fuel cell system
EP2294644A4 (en) * 2008-06-04 2013-05-22 Cellera Inc ALKALINE MEMBRANE FUEL CELLS AND APPARATUS AND METHOD FOR INTRODUCING WATER INSIDE THERETO
US8304368B2 (en) * 2009-02-23 2012-11-06 Cellera, Inc. Catalyst coated membrane (CCM) and catalyst film/layer for alkaline membrane fuel cells and methods of making same
MX2011013358A (es) 2009-06-12 2012-01-20 Ida Tech Llc Sistemas y metodos para controlar independientemente la operacion de pilas de celulas energeticas y sistemas de celulas energeticas que incorporan los mismos.
JP5806669B2 (ja) 2009-08-24 2015-11-10 セルエラ， インコーポレイテッド アルカリ燃料電池における空気ｃｏ２に対する耐性を確保するシステムおよび方法
JP6073036B2 (ja) 2010-06-07 2017-02-01 セルエラ， インコーポレイテッド 膜電解質型燃料電池における触媒／膜表面付着のための化学結合
CA2838647C (en) * 2011-06-06 2016-02-09 Nissan Motor Co., Ltd. Wet state control device for fuel cell
DE102011084783A1 (de) 2011-10-19 2013-04-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem mit verbesserter Wärmesteuerung
KR20130082305A (ko) * 2012-01-11 2013-07-19 삼성전자주식회사 연료 전지 시스템 내에서 기액 분리 기능을 제공하는 하이브리드 소음기
DE102014201335A1 (de) * 2014-01-24 2015-07-30 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Brennstoffzelle und Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenvorrichtung
US11316180B2 (en) 2020-05-21 2022-04-26 H2 Powertech, Llc Hydrogen-producing fuel cell systems and methods of operating hydrogen-producing fuel cell systems for backup power operations

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134697A (en) * 1959-11-03 1964-05-26 Gen Electric Fuel cell
BE617375A (ja) * 1961-05-08 1900-01-01
US3268364A (en) * 1962-01-29 1966-08-23 Honeywell Inc Fuel cell control system
FR1439600A (fr) * 1964-08-04 1966-05-20 United Aircraft Corp Méthode et dispositif de régulation de tension d'une pile à combustible
DE2205543C2 (de) * 1972-02-05 1982-09-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Schaltungsanordnung zur elektronischen Steuerung der Brennstoffzuführung zu einer Brennstoffbatterie
GB2139110B (en) * 1982-12-27 1987-05-20 Gen Electric Water vapor exchange system
US4729930A (en) * 1987-05-29 1988-03-08 International Fuel Cells Corporation Augmented air supply for fuel cell power plant during transient load increases
US4904548A (en) * 1987-08-03 1990-02-27 Fuji Electric Co., Ltd. Method for controlling a fuel cell
JPS6438969A (en) * 1987-08-03 1989-02-09 Fuji Electric Co Ltd Control of fuel cell
JPH0719615B2 (ja) * 1987-09-30 1995-03-06 株式会社日立製作所 燃料電池発電システム
JP2810367B2 (ja) * 1987-10-26 1998-10-15 株式会社日立製作所 燃料電池発電プラントの運転方法及び燃料電池発電プラント
DE3812812C1 (ja) * 1988-04-16 1989-10-19 Mtu Friedrichshafen Gmbh
JPH02168569A (ja) * 1988-08-22 1990-06-28 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電システム
US4988583A (en) * 1989-08-30 1991-01-29 Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Novel fuel cell fluid flow field plate
US4973530A (en) * 1989-12-21 1990-11-27 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell water transport
JP2745776B2 (ja) * 1990-05-10 1998-04-28 富士電機株式会社 燃料電池発電システム
JPH0451466A (ja) * 1990-06-20 1992-02-19 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電システムの出力制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101091661B1 (ko) * 2007-06-21 2011-12-08 기아자동차주식회사 연료전지용 캐소드의 카본 부식억제방법

Also Published As

Publication number Publication date
US5366821A (en) 1994-11-22
EP0630528A1 (en) 1994-12-28
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